[發(fā)明專利]消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210536541.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103048045A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉英;張曉龍;孫強;李淳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學成像系統(tǒng)，具體涉及一種特別適用于紅外遙感系統(tǒng)的成像光譜儀。?

背景技術(shù)

成像光譜儀器的核心為光譜分光系統(tǒng)，目前在遙感探測領(lǐng)域正在運行和研制的成像光譜儀主要為色散式成像光譜儀。其中，棱鏡分光的缺點是光譜成像譜線彎曲較大，并且具有很大的色散非線性；而采用平面光柵分光的常規(guī)成像光譜系統(tǒng)，狹縫方向垂直于系統(tǒng)的子午面，狹縫上不同物點發(fā)出的光線通過平面光柵后會產(chǎn)生譜線彎曲。?

譜線彎曲是指狹縫的不同波長彎曲圖像與直線的偏離程度，它會導致光譜混疊。為了減小譜線彎曲和譜帶彎曲，近年來，很多國內(nèi)外學者研究了將光柵或棱鏡應用于Offner中繼結(jié)構(gòu)組成Offner結(jié)構(gòu)的光譜成像系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)在一定程度上實現(xiàn)了光譜成像系統(tǒng)的小型化和輕量化；但由于采用的是凸面光柵，具有衍射效率低，光通量小，偏振靈敏度高，有級次重疊，高級衍射雜光、鬼像多等缺點。此外，Warren等對基于凹面光柵的Dyson同心成像光譜儀進行了研究；但該系統(tǒng)存在冷光闌設(shè)計困難、制冷系統(tǒng)體積大的缺陷。曲面光柵還有自身存在的不足：曲面光柵的成像像差較大，嚴重地影響了曲面光柵儀器的光譜分辨率，為了改善光柵的成象質(zhì)量，光柵上的刻線不再是等間距的直線了，這給機刻工藝帶來十分巨大的困難。由于國內(nèi)外凸面光柵的加工技術(shù)均不夠成熟，且價格昂貴，目前國內(nèi)的應用需求主要還是依賴進口，這大大增加了光譜分光系統(tǒng)的制作難度和成本。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有光譜成像系統(tǒng)采用凸面光柵存在衍射效率低，光通量小等缺點；采用凹面光柵存在冷光闌設(shè)計困難并且曲面光柵的成像像差較大，嚴重影響曲面光柵儀器的光譜分辨率的問題，提供一種消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)。?

消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前置離軸三反望?遠系統(tǒng)和光譜分光系統(tǒng)，所述光譜分光系統(tǒng)包括狹縫、準直系統(tǒng)、反射式平面光柵、離軸透鏡、二次成像物鏡、冷光闌和制冷型面陣探測器，遙感目標發(fā)出的長波紅外光束經(jīng)前置離軸三反望遠系統(tǒng)成像在狹縫上，然后經(jīng)準直系統(tǒng)后出射為平行光，所述平行光經(jīng)反射式平面光柵在垂直狹縫的方向分光，分光后的光束經(jīng)離軸透鏡聚焦在一次像面上，最后光束通過二次成像物鏡和冷光闌在制冷型面陣探測器上得到瞬時視場目標的高光譜圖像。?

本發(fā)明的工作原理：被觀測瞬時視場所包含的遙感目標發(fā)出的長波紅外輻射，通過前置離軸三反望遠系統(tǒng)成像在狹縫上，通過準直系統(tǒng)后出射為平行光，再通過平面光柵在垂直狹縫方向分光，利用離軸透鏡消除光柵產(chǎn)生的譜線彎曲并聚焦在一次像面上，最后通過二次成像物鏡在制冷型面陣探測器上得到瞬時視場目標的高光譜圖像。這樣，面陣探測器得到的每幀圖像是與狹縫對應的目標條帶區(qū)域的光譜圖像數(shù)據(jù)。若讓成像光譜儀相對目標運動，讓前置望遠物鏡形成的目標像依次通過狹縫，同時記錄狹縫的光譜圖像，即得到目標的光譜圖像三維數(shù)據(jù)。?

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)的最大譜線彎曲小于14.3um,光譜分辨率高達20nm，空間分辨率為150urad，冷光闌效率達100%，本發(fā)明適用于響應光譜范圍為8~12μm的長波紅外波段探測器，具有譜線彎曲小、光譜分辨率高、成像質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)點。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖2為本發(fā)明所述的消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)在三個不同中心波長8μm、10μm、12μm處光譜分辨率為20nm的點斑圖；?

圖3中(a)、(b)、(c)分別為本發(fā)明所述的消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)在中心波長為8μm、10μm、12μm處的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線圖。?

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1說明本實施方式，消譜線彎曲長波紅外平面光柵成像光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)為折反混合式系統(tǒng)，包括前置離軸三反望遠系統(tǒng)和光譜分光系統(tǒng)，前置離軸三反望遠系統(tǒng)由主鏡1、次鏡2和三鏡3組成，光譜分光?系統(tǒng)由狹縫4、準直系統(tǒng)、反射式平面光柵7、離軸透鏡8、二次成像物鏡10、冷光闌11以及制冷型面陣探測器12構(gòu)成；被觀測瞬時視場所包含的遙感目標發(fā)出的長波紅外輻射，通過前置離軸三反望遠系統(tǒng)成像在狹縫4上，通過準直系統(tǒng)后出射為平行光，再通過反射式平面光柵7在垂直狹縫4方向分光，利用離軸透鏡8消除反射式平面光柵7產(chǎn)生的譜線彎曲并聚焦在一次像面9上，最后通過二次成像物鏡10和冷光闌11在制冷型面陣探測器12上得到瞬時視場目標的高光譜圖像。?